Никель кадмиевые аккумуляторы устройство

Никель-Кадмиевые аккумуляторы

Во второй половине двадцатого века одними из лучших перезаряжаемых химических источников тока были аккумуляторные батареи, изготовленные по никель-кадмиевой технологии. Они до сих пор широко применяются в различных сферах благодаря своей надежности и непритязательности.

Что такое никель кадмиевый аккумулятор

Никель-кадмиевые батареи являются гальваническими перезаряжаемыми источниками тока, которые были изобретены в 1899 году в Швеции Вальдмаром Юнгнером. До 1932 года их практическое использование было очень ограниченным из-за дороговизны используемых металлов в сравнении со свинцово-кислотными АКБ.

Усовершенствование технологии их производства привело к значительному улучшению их эксплуатационных характеристик и позволило в 1947 году создать герметичный необслуживаемый АКБ с отличными параметрами.

Принцип работы и устройство Ni-Cd аккумулятора

Электрическую энергию эти АКБ производят благодаря обратимому процессу взаимодействия кадмия (Cd) с оксидом-гидроксидом никеля (NiOOH) и водой, в результате которого образуется гидроксид никеля Ni(OH)2 и гидроксид кадмия Cd(OH)2, обуславливающий появление электродвижущей силы.

Ni-Cd АКБ выпускаются в герметичных корпусах, в которых размещены электроды, разделенные нейтральным сепаратором, содержащие никель и кадмий, находящиеся в растворе желеобразного щелочного электролита (как правило, гидроксид калия, KOH).

Положительный электрод представляет собой стальную сетку или фольгу, покрытую пастой оксид-гидроксида никеля, смешанную с проводящим материалом

Отрицательный электрод — это стальная сетка (фольга) с впрессованным пористым кадмием.

Один никель кадмиевый элемент способен выдавать напряжение около 1,2 вольта, поэтому для увеличения напряжения и мощности батарей в их конструкции применяется множество параллельно соединенных электродов, разделенных сепараторами.

Технические характеристики и какие бывают Ni-Cd АКБ

Ni-Cd батареи имеют следующие технические характеристики:

напряжение разряда одного элемента – около 0,9-1 вольт;
номинальное напряжение элемента – 1,2 v, для получения напряжений 12v и 24v применяют последовательное соединение нескольких элементов;
напряжение полного заряда – 1,5-1,8 вольт;
рабочая температура: от -50 до +40 градусов;
количество циклов заряда-разряда: от 100 до 1000 (в самых современных батареях – до 2000), в зависимости от используемой технологии;
уровень саморазряда: от 8 до 30% в первый месяц после полного заряда;
удельная энергоемкость – до 65 Вт*час/килограмм;
срок эксплуатации – около 10 лет.

Ni-Cd АКБ выпускают в различных корпусах стандартных типоразмеров и в нестандартном исполнении, в том числе в дисковом, герметическом виде.

Где используются никель кадмиевые АКБ

Эти батареи применяются в устройствах, которые потребляют большой ток, а также испытывают высокие нагрузки при эксплуатации в следующих случаях:

на троллейбусах и трамваях;
на электрокарах;
на морском и речном транспорте;
в вертолетах и самолетах;
в электроинструментах (шуруповерты, дрели, электроотвертки и прочие);
электробритвы;
в военной технике;
переносных радиостанциях;
в игрушках на радиоуправлении;
в фонарях для дайвинга.

В настоящее время из-за ужесточения экологических требований большинство аккумуляторов популярных типоразмеров (AA, AAA и другие) выпускается по никель-металлогидридной и литий-ионной технологиям. Вместе с тем, в эксплуатации еще находится множество Ni Cd АКБ различных типоразмеров, выпущенных несколько лет назад.

Ni-Cd элементы имеют продолжительный срок эксплуатации, который порой превышает 10 лет и поэтому еще можно встретить этот вид батарей во множестве электронных устройств, кроме тех, которые перечислены выше.

Плюсы и минусы Ni-Cd аккумулятора

Этот вид элементов питания имеет следующие положительные характеристики:

большой срок эксплуатации и число циклов заряда-разряда;
продолжительный срок службы и хранения;
возможность быстрой зарядки;
способность выдерживать большие нагрузки и низкие температуры;
сохранение работоспособности в самых неблагоприятных условиях эксплуатации;
невысокая стоимость;
возможность хранить эти батареи в разряженном состоянии до 5 лет;
средняя устойчивость к перезаряду.

В то же время, никель кадмиевые источники питания имеют ряд недостатков:

наличие эффекта памяти, проявляющийся в потере емкости при зарядке АКБ, не дожидаясь полного разряда;
необходимость профилактических работ (несколько циклов заряда-разряда) по набору полной емкости;
полное восстановление АКБ после долговременного хранения требует трех-четырех циклов полного заряда-разряда;
большой саморазряд (около 10% в первый месяц хранения), приводящий к практически полному разряду батареи за год хранения;
невысокая энергетическая плотность по сравнению с другими элементами питания;
высокая токсичность кадмия, из-за которой они запрещены в ряде стран, в том числе в ЕС, необходимость проводить утилизацию таких АКБ на специальном оборудовании;
больший вес по сравнению с современными батареями.

Отличие Ni-Cd от Li-Ion или Ni-Mh источников

Батареи с активными компонентами, включающими никель и кадмий, имеют ряд отличий от более современных литий-ионных и никель-металлогидридных источников электроэнергии:

Ni-Cd элементы, в отличие от Li-Ion и Ni-Mh вариантов, имеют эффект памяти, обладают меньшей удельной емкостью при одинаковых размерах;
NiCd источники более неприхотливы, сохраняют работоспособность при очень низких температурах, во много раз более устойчивы к перезаряду и сильному разряду;
Li-Ion и Ni-Mh аккумуляторы стоят дороже, бояться перезаряда и сильного разряда, но имеют меньший саморазряд;
срок эксплуатации и хранения Li-Ion аккумуляторов (2-3 года) в разы меньше, чем Ni Cd изделий (8-10 лет);
никель-кадмиевые источники быстро теряют емкость при использовании в буферном режиме (например, в UPS). Хотя их можно после этого полностью восстановить путем глубокого разряда и заряда, лучше не использовать Ni Cd изделия в устройствах, где осуществляется их постоянная подзарядка;
одинаковость режима заряда Ni-Cd и Ni-Mh батарей позволяет использовать одни и те же зарядные устройства, но при этом нужно учитывать тот факт, что у никель-кадмиевых АКБ более выражен эффект памяти.

Исходя из имеющихся отличий, нельзя сделать однозначный вывод о том, какие АКБ лучше, поскольку у всех элементов есть и сильные и слабые стороны.

Правила эксплуатации

В ходе эксплуатации в Ni Cd источниках питания происходит ряд изменений, которые приводят к постепенному ухудшению характеристик и, в конечном итоге, к утрате работоспособности:

уменьшается полезная площадь и масса электродов;
изменяется состав и объем электролита;
происходит распад сепаратора и органических примесей;
утрачивается вода и кислород;
появляются утечки тока, связанные с ростом дендритов кадмия на пластинах.

Для того, чтобы максимально уменьшить повреждения батареи, возникающие при ее эксплуатации и хранении, необходимо избегать неблагоприятных воздействий на АКБ, которые связаны со следующими факторами:

заряд не полностью заряженной батареи приводит к обратимой утрате ее емкости из-за уменьшения общей площади активного вещества в результате кристаллообразования;
регулярный сильный перезаряд, который приводит к перегреву, увеличенному газообразованию, утрате воды в электролите и разрушает электроды (особенно анод) и сепаратор;
недозаряд, приводящий к преждевременному истощению батареи;
долговременная эксплуатация при очень низких температурах приводит к изменению состава и объема электролита, увеличивается внутреннее сопротивление АКБ и ухудшаются ее эксплуатационные характеристики, в частности падает емкость.

При сильном увеличении давления внутри батареи в результате быстрого заряда большим током и сильной деградации кадмиевого катода в АКБ может выделяться избыточный водород, что приводит к резкому увеличению давления, которое может деформировать корпус, нарушает плотность сборки, увеличивает внутреннее сопротивление и уменьшает рабочее напряжение.

В АКБ, оборудованных аварийным клапаном сброса давления, опасность деформации можно предотвратить, но необратимых изменений химического состава батареи избежать невозможно.

Зарядку Ni Cd аккумуляторов нужно производить током 10% (при необходимости быстрого заряда в специальных АКБ – током до 100% за 1 час) величины их емкости (например, 100 мА при емкости 1000 mAh) в течение 14-16 часов. Самый лучший режим их разряда – током, равным 20% от емкости батареи.

Как восстановить Ni Cd аккумулятор

Никель кадмиевые источники питания в случае потери емкости можно практически полностью восстановить с помощью полного разряда (до 1 вольта на элемент) и последующего заряда в стандартном режиме. Такую тренировку аккумуляторов можно повторить несколько раз для наиболее полного восстановления их емкости.

В случае невозможности произвести восстановление АКБ путем разряда и заряда, можно попробовать их восстановить с помощью воздействия короткими токовыми импульсами (величиной в десятки раз больше емкости восстанавливаемого элемента) на протяжении нескольких секунд. Это воздействие устраняет внутреннее замыкание в элементах батареи, возникающее из-за нарастания дендритов путем их выжигания сильным током. Существуют специальные промышленные активаторы, которые осуществляют такое воздействие.

Полное восстановление первоначальной емкости таких батарей невозможно из-за необратимого изменения состава и свойств электролита, а также деградации пластин, но дает возможность продлить срок эксплуатации.

Методика восстановления в домашних условиях заключается в проведении следующих действий:

проводом сечением не менее 1,5 квадратных миллиметров соединяют минус восстанавливаемого элемента с катодом мощной батареи, например автомобильной или из UPS;
к аноду (плюсу) одной из батарей надежно прикрепляется второй провод;
на протяжении 3-4 секунд свободным концом второго провода быстро касаются свободной плюсовой клеммы (с частотой 2-3 касания в секунду). При этом необходимо не допускать приваривания проводов в месте соединения;
вольтметром производится проверка напряжения на восстанавливаемом источнике, при его отсутствии делается еще один восстановительный цикл;;
при появлении электродвижущей силы на АКБ, она ставиться на зарядку;

Читать еще: Как проверить аккумулятор на замыкание мультиметром

Кроме того, можно попытаться разрушить дендриты в АКБ путем их заморозки на 2-3 часа с последующим их резким отстукиванием. При замораживании дендриты становятся хрупкими и разрушаются от ударного воздействия, что теоретически может помочь избавиться от них.

Существуют и более экстремальные способы восстановления, связанные с добавлением дистиллированной воды в старые элементы путем высверливания их корпуса. Но полноценное обеспечение герметичности таких элементов в последующем очень проблематично. Поэтому не стоит экономить и подвергать здоровье риску отравления соединениями кадмия из-за выигрыша нескольких циклов работы.

Хранение и утилизация

Хранить никель кадмиевые батареи лучше в разряженном состоянии при низкой температуре в сухом месте. Чем меньше температура хранения таких АКБ, тем меньше у них саморазряд. Качественные модели могут храниться до 5 лет без существенного ущерба техническим характеристикам. Для ввода их в эксплуатацию достаточно провести их зарядку.

Вредные вещества, содержащиеся в одной батарее АА, способны загрязнить около 20 квадратных метров территории. Для безопасной утилизации Ni Cd аккумуляторов, их нужно сдавать в пункты переработки, откуда их переправляют на заводы, где их должны разрушать в специальных герметизированных печах, оборудованных фильтрами, улавливающими токсичные вещества.

Возвращаем к жизни никель-кадмиевые батареи

Вы устали от никель-кадмиевых батарей, которые отказываются заряжаться и просто умирают?

Что вы делаете с ними, когда они умирают?
Просто выбрасываете их в мусорное ведро – что наносит вред окружающей среде?
Или просто отвезите на переработку?

Вот лучшее решение, вернуть ваши разряженные аккумуляторы к жизни.

Для этой самоделки необходима разборка устройства, которое работает на 300В и может быть опасным, если с ним не обращаться правильно.

Шаг первый: Почему умирают никель-кадмиевые батареи?

Они не «умирают» окончательно, проблема заключается, как считает мастер, в кристаллах серы.
Кристаллы образуются и начинают разрастаться.

– Перезарядкой аккумулятора;
– Оставлением аккумулятора в разряженном состоянии на длительное время;
– Эффектом памяти аккумуляторов;
– Воздействием высокой температуры;

После того, как кристаллы начинают расти внутри аккумулятора, они в конечном итоге касаются обоих концов клеточных терминалов. Это закорачивает аккумулятор и предотвращает его повторную зарядку .

Но хорошо то, что кристаллы серы можно легко разрушить, если подать через аккумулятор мощный импульсный ток . Это испарит кристаллы, и батарея снова станет новой!

Шаг второй: Что понадобится для восстановления аккумуляторов.

Мастер рекомендует использовать конденсаторы, так как они дают мощный импульсный разряд.
Другие источники питания, такие как автомобильные аккумуляторы, не являются хорошим вариантом. Поскольку они непрерывно разряжаются, провод может случайно привариться к клемме аккумулятора, а это может привести к его перегреву и взрыву .

Емкость конденсатора, который необходимо использовать, должна быть около 100000 мкФ 60В. К сожалению, такой конденсатор с экстремальными характеристиками слишком дорогой .

В данном случае, чтобы не переплачивать за большой конденсатор, мастер будет использовать конденсатор от вспышки фотоаппарата. Почему? Потому что данные конденсаторы подходят для импульсной разрядки, а самое главное, они БЕСПЛАТНЫЕ. Ведь у каждого найдется старый пленочный фотоаппарат со встроенной вспышкой. Но тем не менее данное устройство опаснее .

Итак, что же потребуется для реализации данной самоделки:

– Пленочный фотоаппарат;
– Разряженные никель-кадмиевые батареи;
– Провода;
– Держатель батареи для разряженных никель-кадмиевых батарей (Вы можете использовать размер AAA, AA, C или D, в зависимости от того, какую батарею вы хотите восстановить. Мастер собирается использовать держатель для батареи типа AA);
– Маленький переключатель (мастер использовал ползунковый переключатель);
– Переключатель высокой мощности (мастер использовал кнопочный переключатель);

Из инструментов понадобится:

– Паяльник (можно избежать пайки, просто скручивая провода вместе);
– Олово;
– Канифоль;
– Оловоотсос;
– Кусачки;
– Инструмент для зачистки проводов;
– Плоская отвертка;
– Плоскогубцы;

Шаг третий: Разборка фотоаппарата

Это довольно опасная процедура. Следует открыть фотоаппарат и вытащить электрическую цепь из аппарата, при этом необходимо разрядить конденсатор.

(Конденсатор в камере – это большой цилиндр, который является накопителем энергии. Он используется для вспышки).

Во-первых, откройте корпус фотоаппарата, используя отвертку.
После того, как вы сняли корпус камеры, замкните конденсатор отверткой с изолированной ручкой. Скорее всего получиться большая и громкая искра. После этого конденсатор разрядится . (Используйте отвертку, которую не жалко, потому что полностью заряженный конденсатор оставит глубокую отметину на металлической части отвертки!)

Шаг четвертый: Удаление переключателя из цепи и добавление нового

После того, как схема камеры снята с аппарата, нужно снять накладной выключатель заряда и добавить внешний выключатель. Таким образом мы будете иметь более легкий контроль над цепью и меньше шансов получить удар током.

Снимите верхнюю часть переключателя зарядки. Его не слишком сложно удалить.

Затем припаяйте два проводка на открытых металлических лапках. И припаяйте «новый» переключатель заряда с другого конца проводов.

Также желательно выпаять саму фотовспышку.

Шаг пятый: Добавление держателя батареи и переключателя

Затем нужно спаять держатель батареи и выключатель большой мощности вместе с черным конденсатором.

Черный провод держателя батареи является минусовым. Его нужно припаять к минусовому выводу конденсатора. У данного конденсатора минусовой вывод, это тот, который находится ближе всего к серой полосе. На этой полоске нарисован минус.

Затем необходимо припаять кусочек провода к другому выводу конденсатора.

Затем припаяйте кнопочный переключатель к красному проводу держателя батареи и другому проводу. Это будет плюсовой провод.

Держатель батареи, который был только что добавлен, – это место, где будет располагаться разряженная никель-кадмиевая батарея.

Шаг шестой: изоляция высокого напряжения

Все, что осталось сделать, это изолировать весь путь следования высокого напряжения . Попросту придумать корпус для размещения электронных компонентов.

Можно положить электронные компоненты в симпатичную коробочку.
У автора не нашлось доступной коробочки для этой самоделки. Поэтому он просто наклеил ленту на все голые металлические детали и приклеил нижнюю часть контура камеры.

Шаг седьмой: восстановление убитого аккумулятора

Чтобы вернуть к жизни разряженную никель-кадмиевую батарею, вставьте её в «защелкивающийся» держатель батареи, а хорошую щелочную батарею – в держатель батареи в цепи камеры.

Включите переключатель зарядки и подождите, пока неон / светодиод загорится. Когда он начнет светиться, нажмите кнопку, и вы услышите громкий хлопок. Это нормально. Это показывает, что батарея была убита, а сейчас ожила. Чтобы быть уверенным наверняка, что кристаллы серы действительно испарились, сделайте на никель-кадмиевую батарею разряд еще один раз .

Зарядив никель-кадмиевую батарею таким образом, затем следует зарядить ее в зарядном устройстве, чтобы она снова заработала.
Источник

Что нужно знать про никель-кадмиевые аккумуляторы

Кадмиевый аккумулятор – востребованный источник энергии, который используют для комплектации бытовой техники. Они причислены к щелочным типам. Ими оснащают те агрегаты и устройства, в состав которых нельзя ввести другие модели.

Конструкционные особенности

В состав никель кадмиевых аккумуляторов введены минусовые и плюсовые токопроводящие выводы, для разделения которых использован сепаратор. Внутренняя часть заполнена щелочным электролитическим составом. Корпус для никель кадмиевых батарей подготовлен из специального металла, герметично запаян.

Дабы обеспечить лучший контакт, для подготовки электродов используют фольгу, которая отличается небольшой толщиной. Для конструирования сепаратора, который сосредотачивают между выводами в батареях никель кадмиевых, применяют тканое сырье. Ведь он не взаимодействует со щелочным электролитом.

Для подсоединения аккумуляторной батареи к другим никелево кадмиевым источникам питания применяют борн. В состав устройства никель кадмиевых аккумуляторов входят сварные соединения, при помощи которых обеспечивается плотное соединение.

Преимущества никель-кадмиевых источник питания

Численность циклов разряда и заряда достигает 1 000 и более.
Период хранения таких устройств продолжителен. При этом степень заряженности агрегата не влияет на данный показатель.
Технология зарядки никель кадмиевых аккумуляторов относительно проста. Ее смогут реализовать и новички-автомобилисты.
Эксплуатировать такие источники питания можно и в зимний период, в жестких условиях.
Емкость не снижается даже при минусовой температуре.

Отрицательные стороны

Устройства обладают таким свойством, как «эффект памяти». Для его устранения возникает потребность в проведении определенных мероприятий.
Уровень саморазряда повышенный.
Если сравнить cd аккумуляторы с иными источниками питания, то можно выделить их невысокую энергетическую плотность.
Для подготовки применены токсичные компоненты. Поэтому некоторые государства не используют такие аккумуляторные батареи, не занимаются их изготовлением.
Для утилизации таких агрегатов применяют соответствующее оборудование. В нашей стране для никель кадмиевых агрегатов подготавливают установки для утилизации, переработки.

Читать еще: Как померить ток заряда аккумулятора мультиметром

Заряд, разряд никель-кадмиевых аккумуляторных батарей

Процесс разряда

Разрядные параметры источника питания во многом зависят от конструктивных особенностей, характеристик электродов и токовыводов. Они же предопределяют величину напряжения и внутреннего сопротивления.

Разрядные параметры зависят от:

Особенности и структуры сепаратора.
Качества сборки.
Количества электролитического состава, которым заполнен корпус.
Прочее.

При продолжительном разряде nicd источника специалисты рекомендуют пользоваться дисковыми батарейками, который дополнены крупногабаритными прессованными выводами. Поэтому при небольшом увеличении тока емкость разрядная, а также напряжение снижается. Дабы оптимизировать этот показатель, толщину выводов уменьшают, численность увеличивают.

Максимальное значение емкости наблюдается при комнатной температуре. Дальнейшее повышение температуры не влияет на этот параметр. Отрицательная температура провоцирует снижение разрядного напряжения, повышение разрядного тока.

Использование шуруповертов, которые укомплектованы никель-кадмиевыми источниками питания, в зимний период требует осторожности.

Зарядный процесс

В процессе зарядки ni cd аккумуляторов необходимо вводить ограничения по заряду. Ведь в процесс подзарядки внутри корпуса повышается давления, вырабатывается кислород, а коэффициент применения тока понижается.

Как заряжать ni cd батарею? Дабы полностью восстановить заряд, должна быть сообщена емкость в 150–160 процентов. Температурный диапазон – 0-+35 градусов. Если не учитывать температурный диапазон, то давление повысится. Через аварийный клапан будет выделяться кислородная смесь. Поэтому важно заранее определить, как правильно заряжать аккумуляторную батарею.

Разряженный никель-кадмиевый аккумулятор заряжают в различных режимах. От того, какой режим выбран, зависит время зарядки.

Током в 0,2 от общей емкости в течение 7 часов.
Током в 0,3 от общей емкости не более 4 часов.

Заряжая агрегат в ускоренном режиме (током в 0,4 от имеющейся емкости), перезаряд запрещен, так как это повлечет уменьшение емкости. Устанавливать, до скольки заряжен источник питания, можно с помощью соответствующих устройств. При работе с токами применяется амперметр. Дабы определить количество вольт, используют вольтметр или мультиметр.

Зарядник для никель-кадмиевых аккумуляторных батарей

Для заряда ni cd батареи используют реверсивные и автоматические зарядники.

Автоматическое зарядное устройство для ni cd отличается простотой использования. С его помощью можно подзарядить 2–4 батарейки для шуруповерта или другой бытовой техники. После размещения батарейки в ЗУ устанавливается режим, число. После этого агрегат подключают к сети.

Автоматические модели оснащены индикаторами, с помощью которых определяется состояние заряжаемых источников питания при работе с током. Такие устройства подходят и для того, чтобы разряжать ni cd батареи.

Импульсные зарядники отличаются более сложной конструкцией. Их можно использовать при работе со значительным током. Поскольку их относят к профессиональным агрегатам, перед использованием изучается, как зарядить источник питания, как выставить требуемые параметры.

Реверсные (импульсные) модели подходят для циклической подачи ток заряда и разряда. При разряде и заряде заранее определяются параметры тока, напряжения.

Особенности использования

Продолжительная эксплуатация влияет на функционирование и работоспособность кадмий никелевых акб. К ухудшению работоспособности и выходу из строя приводят:

Рабочая поверхность токопроводящих выводов уменьшается.
Активная масса токопроводящих выводов существенно уменьшается.
Щелочной электролитический состав меняет состав, неправильно перераспределяется по источнику питания.
Образуется утечка по проводящим элементам. В итоге, разрядка заряженного источника питания наступает достаточно быстро.
Расход жидкости, кислорода возрастает. При чрезмерном выделении кислорода процесс становится необратимым.
Органические составы начинают распадаться.

Восстановление никель-кадмиевых аккумуляторов

Процедура восстановления никель кадмиевых аккумуляторов, которые используются для комплектации шуруповёрта, иного портативного агрегата, занимает определенное время. Поскольку стоимость таких акб высокая, перед реализацией следует изучить особенности.

По сути, восстанавливаем никель-кадмиевый аккумулятор шуруповерта импульсным током, который подается в течение 2–4 секунд. Величина тока превышает параметры емкости в 10 и более раз.

Перед тем как восстановить АКБ, подготавливаются определенные элементы и инструменты:

Работоспособный источник питания с сильными показателями тока. В качестве АКБ используют автоаккумулятор.
Зажимы.
Провода.
Мультиметр, с помощью которого контролируется напряжение.
Защитные предметы.

Процедура восстановления включает определенные мероприятия:

У блока портативного инструмента или отдельной батареи определяется положительный и отрицательный контакт.
Пользуясь зажимами или крокодилами, а также отрезками проводов присоединяются минусы.
Другой конец провода прижимают к положительному контакту. Длительность контакта провода составляет 1–2 секунды (возможно увеличение до 3 секунд). Подобные действия занимают немного времени. При контакте следят за тем, чтобы провода не прикипели к блоку, батарее.

Специалисты рекомендуют осуществлять контакт при помощи зажима, дабы вернуть работоспособность.

По истечении одного цикла при помощи мультиметра замеряется уровень напряжения. Как только напряжение восстановилось, переходят к набору емкости. Дабы восстановить и выполнить ремонт источника питания, выполняется 2–4 цикла.

Такая методика приносит ожидаемый эффект лишь на короткий срок. Все потому, что электролитический состав меняется, изменяется и его объем. В результате, аккумуляторы как источники долго использовать нельзя.

Модернизированная методика

Дабы своими руками восстановить никель кадмиевые аккумуляторы, а также обеспечить их продолжительную эксплуатацию, выполняются следующие действия:

Все батарейки тщательно проверяются, измеряется напряжение. Те элементы, на которых напряжение близко к нулю, изымаются.
В корпусе при помощи соответствующего инструмента подготавливаются отверстия, дабы залить 1 см3 дистиллированной воды.
Источники питания отстаиваются в течение короткого временного промежутка, после чего проводят повторную проверку напряжения.
Если работоспособность АКБ восстановлена, то сформированные отверстия обрабатывают герметиком, пайкой.
Блок комплектуется батарейками, повторно заряжается. Портативный инструмент готов к эксплуатации, как только на заряднике индикатор изменит оттенок. Для этих целей стоит пользоваться импульсными зарядными устройствами, которые отличаются обширным функционалом, качественной комплектацией.
При нулевом напряжении в АКБ вводят дистиллированную воду вновь.
Процедуру повторяют до тех пор, пока не достигнут положительного результата.

Особенности хранения

На кадмиевые аккумуляторы правила эксплуатации подготовлены специалистами. В инструкции прописано, как хранить источники питания. Выделено несколько основных правил.

Хранить ni cd источники можно только при полной разрядке. Для этих целей используют зарядные устройства, которые оснащены соответствующей функцией. Для опустошения применяют и лампы накаливания с соответствующим количеством ампер.

Хранить аккумуляторные батареи, которые правильно подготовлены, можно долго. Температурные изменения не влияют на состояние и работоспособность.

Для хранения никель кадмиевых аккумуляторов используют помещения. Ведь температурные колебания не провоцируют разрядку, запуск необратимых процессов.

Хотя хранятся никель-кадмиевые аккумуляторы долго, на определенном этапе возникает потребность в утилизации. Для этого следует обратиться в организацию, которая выполняет подобные процессы.

Эффективность никель кадмиевых аккумуляторов сложно переоценить. Ими комплектуют портативные инструменты, используемые в быту и в промышленности. При правильном обращении, соблюдении техники безопасности и условий эксплуатации период применения превышает пять лет.

Видео про Никель кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые (ni-cd) аккумуляторы

Источники питания с электродом из кадмия используются для питания многих приборов и аппаратов. Несмотря на повышенную вредность для здоровья и окружающей атмосферы, пока не представляется возможным полностью заменить их на аналоги. Они нашли постоянное применение в электронике с токами разряда, имеющими повышенное значение.

История создания ni cd аккумуляторных батарей

Годом, когда был произведен первый ni cd аккумулятор считается 1899. Тогда изготовление нового источника питания было слишком накладное из-за дороговизны технологии добычи некоторых материалов для АКБ, поэтому разработки временно отложили. Вторую жизнь он получил в 1932 году, когда был открыт метод, при котором активное вещество получилось осадить на электроде из никеля.

В 1947 году ученые смогли добиться восстановления газов, выделяющихся при зарядке внутри батареи без их дополнительного вывода. С тех пор в промышленности начали производить никель кадмиевые аккумуляторы в герметичном корпусе, которые используются для питания в современных приборах и электронике. На рынке представлен широкий спектр АКБ от различных производителей.

В последнее время ni cd аккумуляторы теснят их усовершенствованные аналоги ni mh, а также источники питания с литиевыми электродами. Аналоги нашли широкое распространение в портативной электронике. Главной причиной такого изменения это вредность кадмия, и дорогостоящей утилизации для которой требуется применять специальные технологии. Однако некоторое оборудование способно работать только там, где используется ni cd аккумулятор.

Важно! Источники питания с кадмиевыми электродами являются вредными для здоровья человека и атмосферы, требуют специальной утилизации.

Устройство никель кадмиевых аккумуляторов

Конструкция таких источников питания состоит из двух электродов заряженными разноименными зарядами, разделенных между собой сепаратором, все элементы помещены в электролит и герметично закрыты в пластиковом или металлическом корпусе.

Положительный электрод имеет в своем составе никелевый гидроксид-оксид (NiOOH), а отрицательный электрод выполняется из кадмия. В качестве электролита применяется высокоактивная щелочь KOH, она не подвержена воздействию огня и невзрывоопасна, не имеет запаха.

Благодаря фольгированию металла при изготовлении электродов удалось добиться увеличения площади взаимодействия. В качестве сепаратора применяется материал, который не подвержен растворению в щелочи. В результате герметичности корпуса никель кадмиевые аккумуляторы не расходуют электролит в процессе эксплуатации.

Читать еще: Блок питания для аккумуляторного шуруповерта

В верхней части корпуса находятся токосъемные контакты с их помощью возможно соединение отдельных элементов в батареи. Также крышка имеет отверстие с пробкой для доливки щелочи, а также улетучивания избыточных газов в процессе зарядки АКБ.

Сами электроды представлены в виде пластин, разделенных между собой специальным материалом. Одноименно заряженные пластины собираются в один пучок и сварным способом соединяются с контактом на крышке корпуса АКБ. Сепаратор не препятствует свободному протеканию электролита между электродами.

По типу исполнения источники питания с кадмиевым электродом разделяют на два вида:

Призматические. В них электроды выполняют в виде пластин и укладывают друг на друга через сепаратор.
Цилиндрические. В таких батареях электроды изготавливают в виде ленты и сворачивают в рулоны, между катодом и анодом также располагают сепаратор.

Интересно знать! Одиночные гальванические элементы, батарейки способны выдавать напряжение около 1 В, поэтому для питания электротехники их собирают в батареи.

Химические реакции протекающие в батарее

Для рассмотрения процессов, которые хранит ni cd аккумулятор необходимо рассмотреть каждую реакцию отдельно.

Основные процессы в АКБ

В результате эксплуатации при циклах заряд-разряд внутри никель кадмиевых АКБ протекают следующие реакции:

При режиме перезарядки на катоде наблюдаются такие процессы:

В результате происходит выделение кислорода, который проникает через сепаратор и взаимодействует с анодом, начинается реакция:

Вышеперечисленные химические уравнения показывают циркуляцию атомов кислорода, тем самым стабилизируется внутренне давление при режиме перезаряда. Также при данном режиме на аноде может выделяться водород с последующим его окислением на катоде:

В герметичных батареях быстрый процесс выделения газообразного водорода может привести к взрыву, поэтому емкость для электрода с кадмием изготавливают значительно больше, чем у никелевого.

Реакции на катоде

На никелевом электроде в зависимости от условий эксплуатации протекают различные реакции:

Восполнение заряда необходимо проводить с незначительной перезарядкой, в результате чего образуется NiOOH, благодаря такому соединению активная масса электродов ni cd батареи не теряет свою активную массу в значительном количестве.

Реакции на аноде

На кадмиевой пластине аккумулятора происходят следующие процессы:

Собственная емкость отрицательного полюса значительно выше, чем у положительного. Благодаря такому свойству анод на протяжении всего срока эксплуатации не теряет значения внутреннего потенциала.

Основные технические характеристики

Источники питания с кадмиевым электродом имеют следующие основные технические свойства:

Минимальное значение разрядного напряжения 0,9 В.
Значение нормального рабочего напряжения 1,2 В, при необходимости создания вольтажа 24 В и 12 В, одиночные элементы собирают в батареи при последовательном соединении.
Напряжение ni cd аккумулятора при полном заряде 1,5 В.
Диапазон рабочих температур от -50°С до +40°С, такие показатели выгодно выделяют данный тип источника питания в отличие от аналогов.
В зависимости от условий эксплуатации достигается количество рабочих циклов до 2000.
Самостоятельный разряд составляет 25% от начальной емкости.
Удельная энергетическая емкость до 65 Вт*ч/кг.
Срок службы nicd аккумуляторов составляет значение до 10 лет.

Маркировка никель кадмиевых аккумуляторов

Ni cd аккумуляторы, как и любое электрическое оборудование имеет собственную маркировку благодаря которой становится возможным узнать основные технические параметры элемента. Основные символы расшифровывают так:

Первые цифры указывают на количество отдельных элементов, соединенных в батарею.
Буквенное обозначение НК или К обозначает, что перед вами никель кадмиевый аккумулятор.
Латинские буквы L или H уточняют режим разряда АКБ. L- длительный разряд, H- кратковременный разрядный режим.
Последующее цифровое значение указывают на собственную емкость источника питания.
Буквы Р(П) обозначают, что емкость элемента выполнена из пластика.
К- тип сборной конструкции батареи, каркасная.

Области применения ni cd аккумуляторов

Основные сферы использования никель кадмиевых аккумуляторов — это источники питания, для оборудования которое имеет повышенные токи разряда. В такой электротехнике ni cd аккумуляторы способны обеспечивать стабильную мощность, а также не подвержены перегреву в процессе эксплуатации при максимальном токе, в отличие от аналогов. Данные батареи применяются для питания разнообразного транспорта такого как троллейбусы, небольшой водный транспорт, а также для тяги в электрических карах.

До появления литиевых широко применялись кадмиевые батареи для питания переносного инструмента, а также в плоском исполнении использовались в компьютерах при питании независимой памяти. Использовались они в фотоаппаратах, калькуляторах, фонариках и приборах для улучшения слуха. Они способны длительно храниться в разряженном состоянии, не подвержены пагубному действию пониженных температур. Благодаря малому внутреннему сопротивлению и пониженному удельному весу кадмиевые батареи до сих пор применяются для питания бортовой сети в авиации и переносных радиостанциях.

Особенности эксплуатации

Если восстанавливать заряд никель кадмиевых аккумуляторов, может возникать перегрев электролита, на это рассчитаны многие зарядные устройства, которые прекращают при этом зарядку. Для увеличения срока службы необходимо соблюдать правила эксплуатации. Производители рекомендуют полный разряд и быструю подзарядку в процессе работы батареи.

Хранить данные источники питания необходимо при полном разряде практически до нулевого значения, сроки хранения при этом могут достигать 5 лет. Такие условия выгодно отличают никель кадмиевый аккумулятор от аналогичных. Для восстановления после хранения следует провести несколько циклов заряд-разряд, рекомендуется за сутки перед непосредственным применением. В результате своеобразной тренировки получиться добиться возрождения первоначальной емкости АКБ. При неполном разряде и последующей зарядке емкость может преждевременно снижаться, спасти может полный разряд и полный заряд.

Утилизацию кадмиевых батарей запрещается просто выбрасывать совместно с бытовыми отходами, так как вещества, содержащиеся в них, отличаются повышенной вредностью. После прихода аккумулятора в полную негодность его необходимо сдавать в пункты приема и переработки.

Достоинства и недостатки

К преимуществам ni cd аккумулятора следует отнести такие полезны свойства:

Повышенный срок службы, а также большое число рабочих циклов.
Возможность хранения до 5 лет в разряженном состоянии, причем потом можно восстановить значение внутренней емкости.
Присутствие режима быстрого заряда.
Сохранение работоспособности при низких и высоких рабочих температурах.
Не подвержены пагубному воздействию режимов перезаряда.
Низкая стоимость.

К основным отрицательным показателям относят:

присутствие такого свойства, как «эффект памяти»;
необходимость применения тренировки несколькими циклами заряд-разряд;
повышенный самостоятельный разряд;
невысокая плотность энергии в отличие от аналогов;
высокая вредность применяемого в качестве электрода кадмия;
имеют вес выше, чем у аналогов.

Как восстановить ni cd аккумулятор

При полном выходе из строя данных аккумуляторов возникает вопрос, а существует вероятность его восстановления. Многие специалисты в электронике постоянно спорят на эту тему, стоит ли это делать и как. Существует несколько основных способов возвращения первоначальной емкости ni cd аккумулятору.

Восстановление при помощи воды

В качестве панацеи может послужить обычная дистиллированная вода. Перед началом самого процесса необходимо подготовить следующие приспособления и инструменты:

кислота для пайки;
медицинский одноразовый шприц;
электрический паяльник;
небольшое количество дистиллированной воды.

Изначально необходимо найти вышедший из строя элемент, для этого измеряется значение напряжения, плохих элементов оно стремиться или равно нулю. Затем в корпусе аккумулятора сверлится отверстие, при этом важно не повредить электроды.

Важно! В никель кадмиевых АКБ герметичного исполнения невозможно самовозгорание, в отличие от литиевых.

В шприц набираем необходимое количество воды, и аккуратно заливаем в аккумулятор, торопиться не следует нужно дать возможность ей свободно пропитаться. После заполнения отверстие в корпусе аккуратно запаивают при помощи кислоты и паяльника. Элемент проверяется прибором и устанавливается в устройство для восстановления заряда. Такой способ продлевает жизнь АКБ, но ненадолго.

Метод запзаппинг

Особенность такого метода заключается в применении повышенных импульсов тока при заряде. При использовании такого способа необходимо соблюдать требования безопасности, а также следует иметь первоначальные знания в электротехнике. Ток заряда ni cd аккумуляторов может достигать при этом 20 А, что может быть опасно для жизни.

Интересно знать! Запзаппинг позволяет восстановить аккумуляторные батареи, хранившиеся до 20 лет.

Разряд-заряд

Чтобы устранить неприятный «эффект памяти» необходимо понизить значение напряжения до значения 0,8 В, а потом восстановить его до номинального показания. При продолжительном сроке хранения следует провести несколько таких циклов. Производители рекомендуют для продления работоспособности батареи тренировать ее таким образом как минимум раз в месяц.

Существует также метод заморозки никель кадмиевых батарей, такой способ вызывает сомнения у многих специалистов и у разработчиков источников питания.

Исходя из всех полезных свойств ni cd аккумуляторы не уступают своим аналогам по техническим характеристикам. До сих пор они являются самыми дешевыми, применение современных технологий делает их надежными и безопасными при соблюдении требований эксплуатации.

голоса

Рейтинг статьи